1引言(Introduction)

目前,隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,城市污水處理廠已成為我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程當(dāng)中所必備的設(shè)施.城市污水處理廠能夠凈化湖泊,改善環(huán)境.伴隨我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模的不斷擴(kuò)增,截至2017年6月底,全國(guó)城鎮(zhèn)總計(jì)建成在運(yùn)行的污水處理廠已達(dá)4063座,處理能力高達(dá)1.78億m3·d-1,從業(yè)人數(shù)達(dá)到數(shù)十萬(wàn),在此過(guò)程中,城市污水處理廠中一些未被重視的問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái).城市污水處理過(guò)程中會(huì)向外界環(huán)境釋放大量惡臭性氣體,這些氣體會(huì)對(duì)人們的生活環(huán)境和身體健康造成潛在的危害.目前城市污水處理廠相關(guān)工作人員職業(yè)病頻發(fā),城鎮(zhèn)污水處理廠氣體釋放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏,因此污水處理過(guò)程中惡臭氣體的釋放問(wèn)題已成為一個(gè)人們亟待解決的問(wèn)題.

1.1城市污水處理廠釋放氣體所造成的影響

國(guó)外某研究通過(guò)NEAT模型,對(duì)1990—2003年間德國(guó)的非能源性消費(fèi)產(chǎn)業(yè)所排放的CO2量進(jìn)行了估算,結(jié)果表明污水處理行業(yè)排放的CO2占CO2排放總量的4%(Weissetal.,2008).2005年污水處理領(lǐng)域所排放的溫室氣體占全球非CO2溫室氣體排放總量的5%,預(yù)計(jì)到2030年將高達(dá)27%(Agency,USEnvironmentProtection,2012).污水處理過(guò)程中釋放的溫室氣體一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題,然而污水處理過(guò)程中釋放的惡臭氣體問(wèn)題直到近年來(lái)才逐漸引起人們的重視.

隨著當(dāng)前城市化步伐的加快,城市污水處理廠周圍逐漸出現(xiàn)大量的新建住宅,城市污水處理過(guò)程中會(huì)釋放大量的惡臭氣體使得它逐漸成為人們頭痛和關(guān)注的空氣污染源(Karageorgosetal.,2010).這些惡臭氣體的主要化學(xué)成分包括硫化氫和氨氣等無(wú)機(jī)化合物以及成分極為復(fù)雜的惡臭揮發(fā)性有機(jī)化合物(MVOC).這些惡臭氣體通過(guò)人們的呼吸以及飲食等途徑進(jìn)入人體內(nèi),將會(huì)引發(fā)呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等疾病,而且長(zhǎng)期的惡臭刺激會(huì)導(dǎo)致人的感覺(jué)疲勞,致使工作效率、判斷力和記憶力降低(唐小東等,2011b;王燦等,2005).污水中的H2S可以擴(kuò)散到污水表面或進(jìn)入空氣層并與其中的溶解氧結(jié)合,在硫細(xì)菌作用下被氧化為硫酸,腐蝕混凝土和鑄鐵,不但降低了建筑結(jié)構(gòu)的牢固性,還影響了美觀.有文獻(xiàn)報(bào)道高濃度的含硫以及含氮惡臭物質(zhì)會(huì)抑制硝化反應(yīng)的進(jìn)行,降低污水處理的脫氮效果(羅固源等,2001).

伴隨我國(guó)污水處理規(guī)模的不斷擴(kuò)大,我國(guó)污水處理行業(yè)相關(guān)工作人員職業(yè)病的隱患也逐漸引起人們的重視.有調(diào)查顯示:城市污水處理廠工作人員在呼吸系統(tǒng)疾病的患病率方面明顯高于普通人群(Olinetal.,1987;Lafleuretal.,1991;Smitetal.,2005).國(guó)外某調(diào)查試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)污水處理廠工人患膀胱癌風(fēng)險(xiǎn)明顯高于普通人群(Nasterlacketal.,2009).國(guó)外某調(diào)查結(jié)果表明污水處理過(guò)程中釋放的有害氣體會(huì)對(duì)人的身心健康造成不同程度的危害.某機(jī)構(gòu)還對(duì)城市污水處理廠相關(guān)工作人員進(jìn)行了隨機(jī)問(wèn)卷調(diào)查.結(jié)果顯示約80%以上的受訪工人存在心理問(wèn)題,有42.2%的受訪工人存在呼吸道粘膜刺激癥狀(Abdou,2007).我國(guó)污水處理相關(guān)工作人員普遍患有不同程度的過(guò)敏性鼻炎等呼吸系統(tǒng)疾病.國(guó)外則較早通過(guò)檢測(cè)污水處理廠釋放的惡臭氣體來(lái)建立模型,通過(guò)模型對(duì)惡臭與環(huán)境及健康風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系進(jìn)行了研究(Vegaetal.,2015;Alfonsínetal.,2015).而我國(guó)對(duì)于污水處理過(guò)程中釋放的多種揮發(fā)性污染物和職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還很缺乏.

1.2城市污水處理廠釋放氣體的排放標(biāo)準(zhǔn)

2003年我國(guó)頒布并實(shí)施《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002),該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)硫化氫、氨和臭氣濃度的廠界最高允許排放濃度作出了限值規(guī)定(表1).

表1城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

臭氣濃度(單位：無(wú)量綱)解釋：《空氣質(zhì)量惡臭的測(cè)定》(GB/T14675-93)定義臭氣濃度：臭氣濃度是根據(jù)嗅覺(jué)器官試驗(yàn)法對(duì)臭氣氣味的大小予以數(shù)量化表示的指標(biāo),用無(wú)臭的清潔空氣對(duì)臭氣樣品連續(xù)稀釋至嗅辨員閾值時(shí)的稀釋倍數(shù)叫臭氣濃度.

我國(guó)在1993年頒布實(shí)施的《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-93)中也僅對(duì)部分氣體濃度的廠界最高允許排放濃度作出了限值規(guī)定(表2).

表2惡臭污染物廠界標(biāo)準(zhǔn)

目前我國(guó)關(guān)于城鎮(zhèn)污水處理過(guò)程中釋放的氣體污染物僅有以上兩個(gè)文件以供參考,隨著我國(guó)污水處理行業(yè)的快速發(fā)展,以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均存在過(guò)時(shí)、標(biāo)準(zhǔn)制定不夠準(zhǔn)確并且標(biāo)準(zhǔn)定位與當(dāng)今污水處理過(guò)程中所釋放的污染物不符等問(wèn)題.由此可見我國(guó)現(xiàn)有的關(guān)于城市污水處理廠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系相當(dāng)缺乏,因此急需對(duì)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18198—2002)中指定的惡臭污染物的種類和最高允許排放濃度作出相應(yīng)的補(bǔ)充和修正.我國(guó)城市污水處理廠絕大多數(shù)為地上式污水處理廠,但隨著我國(guó)城市化水平的提高及人們對(duì)生存環(huán)境要求的提升,地上式污水處理廠的問(wèn)題也在逐漸出現(xiàn).尤其對(duì)土地資源稀缺的大城市而言,地上式污水處理廠不僅存在土地資源利用率低及環(huán)境噪聲污染的問(wèn)題,而且還造成周邊土地資源的貶值.因此近年來(lái),全國(guó)各地正在逐漸興建占地面積小,噪音污染小的地下式污水處理廠.截至2016年,我國(guó)建成在使用的地下式污水處理廠超過(guò)10座,在建的也有近30多座.地下式污水處理廠大多數(shù)為全封閉或半封閉式,對(duì)于臭氣等有害氣體污染問(wèn)題將更加嚴(yán)重.而我國(guó)目前還沒(méi)有完善的關(guān)于地下式污水處理廠氣體的釋放標(biāo)準(zhǔn).

由此可見,對(duì)于治理污水處理過(guò)程中釋放的有害氣體方面還有許多工作要完成.本文對(duì)典型污水處理工藝下不同構(gòu)筑物中有害惡臭氣體的釋放量和釋放特征及其影響因素進(jìn)行了綜述,對(duì)常見污水處理工藝中釋放的惡臭揮發(fā)性有機(jī)物的產(chǎn)生途徑、釋放量、影響因素進(jìn)行了總結(jié),希望為今后污水處理過(guò)程中惡臭氣體減排研究提供參考.

2城市污水處理過(guò)程中釋放惡臭氣體的研究進(jìn)展(Researchadvancesofodorreleasedfrommunicipalwastewatertreatmentprocess)

目前,國(guó)內(nèi)城市污水處理過(guò)程中釋放的惡臭有害氣體對(duì)周邊居民及城市環(huán)境空氣質(zhì)量影響較大,污水處理過(guò)程中釋放臭氣的影響較大,污水處理過(guò)程中釋放臭氣的來(lái)源、氣體成分的分析及氣體釋放的影響因素研究則相對(duì)較少.國(guó)外則較早地開始了這方面的研究.Devai等認(rèn)為污水處理過(guò)程中惡臭氣體的來(lái)源主要包括兩個(gè)方面：其一是從污水中直接揮發(fā)出來(lái)的,例如源于排入下水道中的工業(yè)廢水和其他廢水中包含的有機(jī)溶劑、衍生物及其他揮發(fā)性的有機(jī)組分(Devaietal.,1999);另一方面則是源自污水中的微生物菌群通過(guò)生物化學(xué)反應(yīng)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解而產(chǎn)生的產(chǎn)物,主要與厭氧菌的活動(dòng)關(guān)系密切(DeBontetal.,1981).Frechen認(rèn)為城市污水處理廠的惡臭氣體主要產(chǎn)生于進(jìn)水部分及污泥處理部分(Frechen,2004).隨著GC-MS等分析手段的廣泛應(yīng)用,城市污水處理過(guò)程中釋放的某些有害臭氣的成分已經(jīng)可以被確定和量化,例如：氨、含硫化合物和部分VOC(Mayeretal.,1994;Frechen,1994;Hamoda,2006).然而城市污水廠中還有很多惡臭等有害氣體的成分尚未確定,惡臭氣體釋放的影響因素還需要進(jìn)一步研究.

2.1城市污水處理過(guò)程中釋放氣體的組成

城市污水處理廠的設(shè)計(jì)初衷是降解污水中的污染物質(zhì),但城市污水處理過(guò)程中釋放的大量有害氣體違背了其設(shè)計(jì)目的.城市污水處理過(guò)程中會(huì)釋放大量的有害氣體,污水及污泥處理過(guò)程中氣體可能的釋放源如圖1所示.從物質(zhì)組成上來(lái)看,污水處理單元中釋放氣體主要可以分為以下4類:第1類是含硫化合物,如硫化氫、硫醇類、硫醚類和噻吩類等;第2類是含氮化合物,如氨、胺類、酰胺類以及吲哚類等;第3類是烴類化合物,如烷烴、烯烴、炔烴以及芳香烴等;第4類是含氧有機(jī)物,如醇、醛、酮、酚以及有機(jī)酸等.此外還會(huì)釋放大量的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VolatileOrganicCompornd,簡(jiǎn)稱VOC).目前人們普遍關(guān)注較多的氣體可分為3類：第一類是溫室氣體,如CO2、CH4、NO2;第二類為無(wú)機(jī)惡臭氣體,如H2S、NH3等;第三類為惡臭揮發(fā)性有機(jī)物(MalodorousVolatileOrganicCompound,簡(jiǎn)稱MVOC).

圖1

圖1污水及污泥處理過(guò)程中氣體可能的釋放源

2.1.1惡臭揮發(fā)性有機(jī)物(MVOC)的來(lái)源、釋放量及影響因素

污水處理過(guò)程中釋放的惡臭有機(jī)污染物成分非常復(fù)雜,目前已知的就有80余種.城市污水處理過(guò)程中排放的MVOC主要是從原污水中直接揮發(fā)出來(lái)或是由微生物對(duì)污水中有機(jī)物的分解而來(lái)(劉鍇等,2004).MVOC成分中除了包括非甲烷碳?xì)浠衔镆酝?還有大量含硫、含氮、含氧和含鹵素等元素的揮發(fā)性有機(jī)化合物,例如有機(jī)硫化物、胺類、吲哚類、醛酮類、酸、有機(jī)氯和硝基苯類等.惡臭揮發(fā)性有機(jī)污染物的成分相對(duì)于無(wú)機(jī)污染物而言要復(fù)雜許多.某研究利用GC/MC(氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用)檢測(cè)廣州市某污水處理廠的揮發(fā)性有機(jī)物.結(jié)果共檢測(cè)出80余種VOC成分,其中54種VOC為MVOC.其中主要成分包括芳香烴、鹵代烴、烷烴、烯烴、好氧化合物、含硫化合物等6類有機(jī)物.表3列舉了某城市污水處理廠(AB法)不同處理單元釋放的MVOC濃度(唐小東,2011a).

表3城市污水處理廠(AB法)不同處理單元釋放的MVOC的濃度

由表3可知在污泥脫水機(jī)房中,惡臭揮發(fā)性有機(jī)物的排放量最大.其原因是有機(jī)物在生活污泥中的含量較高,污泥脫水后含水率為75%~80%,污泥中的易揮發(fā)性有機(jī)物經(jīng)過(guò)離心脫水機(jī)的劇烈攪動(dòng)后進(jìn)入空氣中,導(dǎo)致污泥脫水機(jī)房MVOC的含量上升.污泥濃縮池一般為密閉式的,產(chǎn)生的污染物不易擴(kuò)散,而濃縮的停留時(shí)間較長(zhǎng)可能會(huì)造成缺氧,而污泥濃縮過(guò)程中發(fā)生的湍動(dòng)也可能導(dǎo)致惡臭氣體的逸出.在曝氣池中,污水中的有機(jī)污染物通過(guò)曝氣過(guò)程釋放到空氣當(dāng)中.格柵處產(chǎn)生MVOC的主要原因是污水在長(zhǎng)距離的管道輸送過(guò)程中,由于下水道缺氧,厭氧微生物對(duì)污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行生物降解,產(chǎn)生惡臭氣體.由此可以歸納出在厭氧、缺氧、污水停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等條件下容易導(dǎo)致污水中MVOC的釋放.

2.2城市污水處理廠不同構(gòu)筑物不同工藝下氣體的釋放

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外研究人員通過(guò)氣相色譜質(zhì)譜法、嗅覺(jué)法、電子鼻以及微生物采樣培養(yǎng)等方法對(duì)我國(guó)城市污水處理廠不同處理單元所釋放的氣體污染物進(jìn)行了定性定量檢測(cè)分析.有關(guān)研究結(jié)果參見表4、表5.

表4城市污水處理廠不同處理單元釋放的氣體

表5城市污水處理廠不同處理工藝下氣體的釋放情況

由表4分析得知,格柵處釋放的氣體當(dāng)中,硫化氫的濃度最高.原因是污水在長(zhǎng)距離管道輸送過(guò)程中,由于下水道處在缺氧條件下,污水中的有機(jī)污染物在厭氧菌的生化降解作用下產(chǎn)生硫化氫,而格柵的柵渣若不及時(shí)清理,也會(huì)造成缺氧環(huán)境產(chǎn)生硫化氫.沉砂池中釋放的一些氣體可能是由于進(jìn)水的BOD濃度較高,造成缺氧,會(huì)產(chǎn)生大量還原性惡臭氣體.隨著進(jìn)水的水流湍動(dòng)和出水的輻流方式,都會(huì)使得氣體釋放出來(lái).曝氣池中臭氣釋放可能是由于在曝氣池中,污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行好氧生物降解,原污水中的有機(jī)污染物及降解后產(chǎn)生的有機(jī)物經(jīng)曝氣過(guò)程釋放到空氣中.而某些生化池中由于采用的是厭氧或是缺氧工藝,那么釋放一些惡臭氣體將是難以避免的.在污泥處理過(guò)程當(dāng)中,生活污泥中含有大量的有機(jī)污染物,污泥脫水后含水率一般在75%~80%,污泥中的有機(jī)污染物在離心脫水機(jī)的劇烈攪動(dòng)下釋放到空氣中.污泥濃縮池為密閉式的,產(chǎn)生的污染物不易擴(kuò)散,若污泥濃縮的停留時(shí)間較長(zhǎng)則會(huì)造成缺氧條件,污泥濃縮過(guò)程中發(fā)生的湍動(dòng)也將導(dǎo)致惡臭氣體的釋放.此外某些污水處理構(gòu)筑物還會(huì)釋放一些細(xì)菌和微生物.由此歸納出城市污水處理廠不同構(gòu)筑物當(dāng)中釋放氣體的原因主要包括：①缺氧條件下,厭氧微生物菌群對(duì)污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行生物降解產(chǎn)生惡臭氣體釋放.如：格柵.缺氧厭氧反應(yīng)區(qū).②進(jìn)水BOD濃度過(guò)高,好氧降解有機(jī)物的過(guò)程造成水體中缺氧,還原性細(xì)菌在缺氧條件下產(chǎn)生還原性氣體,如：沉砂池.③污水和污泥中的有機(jī)物通過(guò)曝氣充氧和攪拌等方式揮發(fā)到空氣當(dāng)中,如：曝氣池和污泥處理單元.目前國(guó)內(nèi)研究較少關(guān)注空氣中的細(xì)菌和真菌,針對(duì)空氣中細(xì)菌真菌的檢測(cè)也鮮見報(bào)道,國(guó)外主要通過(guò)微生物空氣采樣培養(yǎng)法對(duì)空氣中存在的細(xì)菌和真菌進(jìn)行量化分析(Korzeniewskaetal.,2009;Niazietal.,2015).

由表5可知,污水處理過(guò)程釋放的氣體污染物種類較多,包括烯烴、烷烴、鹵代烴、芳香烴、含硫有機(jī)物、含氧有機(jī)物、H2S、CS2和NH3等數(shù)十種揮發(fā)性氣體污染物.不同的處理工藝所釋放出的氣體污染物在種類和濃度上也存在較大差異.

A2/O工藝釋放的氣體種類最多,A2/O污水處理工藝中污水經(jīng)過(guò)厭氧段釋放磷,進(jìn)入缺氧段脫氮,最后進(jìn)入好氧段(曝氣)去除有機(jī)物并利用聚磷菌過(guò)量吸磷.由此可以推斷,厭氧菌在缺氧和厭氧階段對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行生物降解釋放了多種惡臭揮發(fā)性有機(jī)物MVOC;而在好氧階段通過(guò)對(duì)污水進(jìn)行曝氣充氧使得惡臭氣體大量逸出.與A2/O相比較,A/O工藝雖然也有厭氧階段,但其水力停留時(shí)間較短且沒(méi)有缺氧段,所以A/O工藝釋放的氣體污染物種類較少.由此推斷惡臭氣體的釋放與污水中溶解氧的濃度以及曝氣時(shí)間相關(guān).

AB法是吸附-生物降解工藝,A段按高負(fù)荷運(yùn)行,水中的懸浮固體和溶解性有機(jī)物主要是通過(guò)A段世代周期短且活性強(qiáng)的細(xì)菌的絮凝吸附作用和生物降解作用進(jìn)行去除,其中絮凝、吸附起主導(dǎo)作用.水力停留時(shí)間為30min.而B段在低負(fù)荷下運(yùn)行,水力停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2~5h,污泥齡較長(zhǎng),一般為15~20d,在B段曝氣池中,除了菌膠團(tuán)微生物,還有一定量的高級(jí)真核微生物,能夠充分分解有機(jī)物.由表5可知B段釋放的氣體濃度比A段高的原因是B段的水力停留時(shí)間長(zhǎng),B段的曝氣時(shí)間也比A段曝氣時(shí)間長(zhǎng),且B段的真核微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行了充分分解.使得B段更利于水中有機(jī)物的揮發(fā).

SBR工藝的特點(diǎn)是按照順序間歇運(yùn)行,空間上混合液呈理想的完全混合,時(shí)間上有機(jī)物降解呈理想推流式.SBR法能夠輕松實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)的轉(zhuǎn)換.在進(jìn)水負(fù)荷較低的情況下,釋放的氣體濃度很低;而當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷較高,厭氧時(shí)間要延長(zhǎng),釋放的氣體濃度則會(huì)上升.

MBR是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的新型污水處理工藝,利用高效膜將污水與活性污泥分隔開,污水及含某些專性細(xì)菌的活性污泥在膜內(nèi)外分別流動(dòng),污水與微生物不直接接觸,污水中的有機(jī)污染物則可以選擇性透過(guò)膜而被微生物所降解.因?yàn)樯锓磻?yīng)器中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受污水水質(zhì)的影響,所以污水處理效果穩(wěn)定.而傳統(tǒng)的好氧生物處理過(guò)程中有機(jī)污染物可能在曝氣過(guò)程中隨氣流揮發(fā)出去,不僅處理效果很不穩(wěn)定,還會(huì)造成大氣污染.而MBR則很少發(fā)生這種情況,因此利用MBR工藝處理污水造成的臭氣污染問(wèn)題相比部分傳統(tǒng)污水處理工藝要小.但是MBR工藝也存在膜的使用壽命有限(3~5年)而導(dǎo)致的膜污染問(wèn)題.

氧化溝工藝是一種傳統(tǒng)的活性污泥法工藝,氧化溝是一種存在著好氧斷的交替變化的構(gòu)筑物,具有較大的氣液表面.通過(guò)氧化溝的循環(huán)處理過(guò)程,污水在曝氣機(jī)、攪拌器等設(shè)備作用下處于紊流狀態(tài),使得污水中的污染物容易揮發(fā)到大氣中去,對(duì)大氣環(huán)境造成污染.并且氧化溝工藝由于污泥齡較長(zhǎng),有利于世代時(shí)間較長(zhǎng)的微生物增殖,所以氧化溝上空易出現(xiàn)揮發(fā)性真菌、細(xì)菌且排出的污泥當(dāng)中也會(huì)滋生真菌等各種菌種.

3城市污水處理廠中臭氣治理技術(shù)(Odorremovaltechniquesinmunicipalwastewatertreatmentplants)

隨著我國(guó)城市化建設(shè)步伐的加快,城市污水處理系統(tǒng)也在日益完善當(dāng)中.與此同時(shí),城市污水處理廠已經(jīng)被報(bào)道出多種惡臭有害氣體的釋放.已有某些國(guó)家明文規(guī)定,在居民住宅小區(qū)300m范圍內(nèi)的城市污水處理廠必須配備相應(yīng)的除臭設(shè)施.當(dāng)前,城市污水處理廠除臭技術(shù)的選擇需考慮臭氣的主要產(chǎn)生原因、臭氣的主要成分、臭氣的主要產(chǎn)生源、臭氣的允許排放標(biāo)準(zhǔn)及臭氣濃度等各種綜合因素.城市污水處理廠惡臭廢氣治理技術(shù)主要分為物理法、化學(xué)法和生物法.

物理法是指不改變惡臭物質(zhì)本質(zhì)的情況下,通過(guò)物理手段將臭味遮蔽、轉(zhuǎn)移或者稀釋的一種方法(張釗彬,2013).常見的物理方法包括活性炭吸附法、液體吸收法等(Barkeretal.,1998;Ten,2006;Rattanapanetal.,2010;黃智等,2011).活性炭吸附法主要是利用活性炭能夠吸附臭氣物質(zhì)這一原理而開發(fā)的,該法目前廣泛應(yīng)用于空氣凈化和水的深度凈化.例如活性炭吸附塔可以通過(guò)物理吸附作用去除乙醛、吲哚類等多種臭氣物質(zhì).活性炭吸附法對(duì)硫化氫等含硫化合物的去除效果比較好,對(duì)含氮化合物的去除效果則稍差,原因是活性炭吸附法對(duì)臭氣的處理效果與臭氣物質(zhì)的化學(xué)組分有關(guān).因此實(shí)際應(yīng)用中為了提高除臭效果,通常在吸附塔內(nèi)填充各種不同性質(zhì)的活性炭,分別吸附酸堿性程度不同的臭氣物質(zhì)(楊國(guó)瑞,2010).

化學(xué)法主要原理是臭氣物質(zhì)能與某些化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng),通過(guò)反應(yīng)改變臭氣的化學(xué)性質(zhì)以達(dá)到除臭的目的.目前,實(shí)際應(yīng)用中常用的化學(xué)除臭方法主要包括：化學(xué)氧化法、化學(xué)吸收法和燃燒法等(Burgessetal.,2001;Charronetal.,2004;Urozetal.,2009;Santellietal.,2009).化學(xué)氧化法是通過(guò)強(qiáng)氧化劑對(duì)污水處理過(guò)程中釋放的大量還原性臭氣物質(zhì)進(jìn)行處理,使其轉(zhuǎn)變成無(wú)臭氣體.化學(xué)氧化方法中應(yīng)用最廣泛的是催化氧化法.催化氧化法是通過(guò)使用催化劑來(lái)加快還原性臭氣氧化速度的一種方法.因此催化氧化法的關(guān)鍵在于催化劑的選擇.目前在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用較多且催化效果較好的催化劑主要有TiO2、ZnS和ZnO等.然而催化氧化法的催化劑多為貴金屬,成本較高,且催化劑在使用一段時(shí)間后,活性可能會(huì)下降甚至失活,這兩點(diǎn)是催化氧化法的局限性所在.

生物法是指首先在合適的條件下富集培養(yǎng)微生物,隨后利用微生物的新陳代謝降解臭氣進(jìn)而達(dá)到除臭目的的一種方法.微生物降解臭氣一般分為3個(gè)步驟(謝冰,1997;劉國(guó)華,2009)：①惡臭氣體首先溶解于水中并與微生物載體接觸,完成由氣相到液相的擴(kuò)散過(guò)程,此過(guò)程遵循亨利定律;②在惡臭氣體的濃度梯度差作用的推動(dòng)下,使溶解于液相的惡臭氣體向生物膜擴(kuò)散繼而被微生物所吸收;③通過(guò)微生物的新陳代謝,臭氣被微生物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所利用、分解,最終通過(guò)生物化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為不同的無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)(張釗彬,2013).生物除臭的研究最早始于1957年,當(dāng)時(shí)的美國(guó)學(xué)者利用土壤中的微生物處理硫化氫氣體并發(fā)明了專利.20世紀(jì)70年代,許多國(guó)家開始對(duì)生物除臭領(lǐng)域進(jìn)行更加深入且廣泛的研究,其中荷蘭和德國(guó)率先建立了具有較好處理效果的臭氣治理系統(tǒng)(Lesonetal.,1991).此后,生物除臭法于80年代發(fā)展的更為廣泛,日本、美國(guó)等其它發(fā)達(dá)國(guó)家開始將生物除臭法應(yīng)用于冶金、化工及污水處理廠等領(lǐng)域中(Vanetal.,2005).生物除臭法具有運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、高效且處理成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn),因此近幾年來(lái)生物法也成了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)(Ramirez-Lopezetal.,2010;Contators,2001).目前生物除臭法主要可分為以下3類：生物洗滌法、生物濾池法和生物滴濾法(Edwardsetal.,1996;Liuetal.,2011).生物濾池法是使收集到的臭氣在適宜的條件下通過(guò)長(zhǎng)滿微生物的固體載體(填料),被填料吸收后進(jìn)而作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被填料上的微生物氧化分解,完成臭氣的處理過(guò)程.這種除臭裝置具有安裝、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低,便于操作,除臭效果好,能徹底降解惡臭污染物且不產(chǎn)生二次污染等多重優(yōu)勢(shì),因而在臭氣治理領(lǐng)域應(yīng)用的前景將更加廣闊.

傳統(tǒng)的污水處理廠除臭工藝中,主要是對(duì)臭氣進(jìn)行末端收集集中處理的方式處理.末端收集集中處理的方式即將各處理單元進(jìn)行密封,通過(guò)管道將臭氣進(jìn)行集中輸送至處理系統(tǒng)內(nèi).根據(jù)臭氣的組分濃度等條件選擇合適的除臭方式進(jìn)行處理.常見的除臭工藝形式如：生物除臭濾池和化學(xué)洗滌塔等.然而,以上這些方法并沒(méi)有從源頭減少污水處理過(guò)程中有害臭氣的釋放.通過(guò)調(diào)控污水處理工藝和運(yùn)行參數(shù)減少污水處理過(guò)程中有害臭氣的釋放,既可以從源頭減少臭氣的釋放,又能夠極大地減少臭氣末端治理的費(fèi)用.

4展望(Prospect)

目前對(duì)于城市污水處理過(guò)程當(dāng)中釋放惡臭氣體的含量和組成研究較少,對(duì)于釋放惡臭氣體的含量和組成以及釋放源頭仍不清晰.污水處理過(guò)程當(dāng)中影響惡臭氣體釋放的原因種類繁多,已知的有溫度、水力停留時(shí)間、曝氣時(shí)間等.污水處理過(guò)程中影響惡臭氣體釋放的因素仍不明確.

污水處理過(guò)程中,有毒有害氣體的種類和組成應(yīng)盡快明確.通過(guò)對(duì)實(shí)際污水處理過(guò)程中釋放臭氣的組成和含量進(jìn)行分析,進(jìn)一步優(yōu)化城鎮(zhèn)污水處理廠氣體的釋放標(biāo)準(zhǔn).這些氣體的釋放由外界環(huán)境條件、水質(zhì)條件、污水處理工藝、工藝的運(yùn)行工況、工藝的運(yùn)行參數(shù)以及微生物種群結(jié)構(gòu)所決定.因此,應(yīng)該盡快建立釋放的氣體和各種條件的關(guān)系,明確釋放氣體的產(chǎn)生機(jī)理.污水處理過(guò)程中釋放的氣體問(wèn)題應(yīng)從工藝運(yùn)行工況的優(yōu)化、調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)和處理系統(tǒng)中微生物種群結(jié)構(gòu)的調(diào)控等方面進(jìn)行解決.通過(guò)從源頭減少污水處理過(guò)程中釋放的惡臭氣體,優(yōu)化城市污水處理廠工作人員的工作環(huán)境,降低污水廠工作人員的職業(yè)病發(fā)生的機(jī)率.以上僅給出了從源頭控制污水處理廠有毒有害氣體產(chǎn)生釋放的基本思想,有關(guān)運(yùn)行工況的優(yōu)化,工藝運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)等問(wèn)題仍需進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究.

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